Les Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMTs) à base de GaN sont les composants les plus prometteurs pour des applications de puissance en gamme d’ondes micrométriques et millimétriques grâce à leurs très bonnes propriétés physiques comme leur grande largeur de bande interdite (3.4eV), induisant un champ de claquage élevé (>106 V/cm) mais également une vitesse de saturation des électrons élevée (>107 cm/s). Dans ce travail, nous avons étudié les effets de canaux courts pour des transistors réalisés sur des hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN. Des grilles de longueur (Lg=75nm) ont été fabriquées permettant d’atteindre des fréquences de coupure du gain en courant et en puissance respectives de 113GHz et 200GHz. Ces performances sont à l’état de l’art de la filière InAlN/GaN sur substrat saphir. En ce qui concerne les hétérostructures AlGaN/GaN, les pièges liés aux états de surface ont été stabilisés grâce à une étape de passivation optimisée consistant en un prétraitement N20 et un dépôt de bicouche SiN/SiO2. Cette dernière a permis de limiter les chutes de courant du transistor en régime dynamique. A partir d’une topologie adaptée, des résultats de puissance hyperfréquence à 40GHz ont été obtenus. Une densité de puissance au niveau de l’art de 1.5W/mm a été mesurée sur un HEMT AlGaN/GaN sur substrat Si(111). Pour une hétérostructure InAlN/GaN sur substrat saphir, les résultats de puissance hyperfréquence sont également à l’état de l’art de la filière avec une densité de puissance en sortie du transistor de 2W/mm et un rendement en puissance ajoutée de 13%. / GaN based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) represent the most promising devices for microwave and millimeter-wave power applications. One key advantage of GaN is the superior physical properties such as a wide band gap (3.4eV) leading to high breakdown fields (>106 V/cm) and a high saturation electron drift velocity (>107 cm/s).In practice, physical limitations appear and avoid reaching expected performances in terms of frequency and microwave power. Short channel effects appear with the decrease of the transistor gate length. In large signal conditions, traps related to surface states of the semiconductor lead to drain current drops. In this work, we have studied short channel effects for transistors fabricated on AlGaN/GaN and InAlN/GaN heterostructures. Devices with 75nm-T-shaped-gates exhibit a current gain cut-off frequency and a power gain cutoff frequency of 113GHz and 200GHz respectively. To the author knowledge, these cut-off frequencies are the highest reported values for InAlN/GaN HEMTs grown on sapphire substrate. For AlGaN/GaN HEMTs, traps related to surface states were neutralized thanks to optimized passivation steps, permitting to mitigate DC to RF dispersion. It consists of a N2O pretreatment followed by a SiN/SiO2 bilayer deposition. From an appropriate transistor topology, microwave power measurements were performed at 40GHz. An output power density of 1.5W/mm, very closed to the state of the art, was measured for AlGaN/GaN HEMTs grown on Si(111) substrate. For InAlN/GaN HEMTs grown on sapphire substrate, state of the art output power density of 2W/mm was achieved with an associated power added efficiency of 13%.

L'objet de ce mémoire est de présenter le travail effectué au cours de cette thèse qui était de caractériser électriquement et de modéliser le transport électrique de trois architectures de transistors MOS pour des filières 50nm et en deçà : CMOS Si à oxyde ultrafin, nMOS Si:C et pMOS SiGe. Afin d'étudier les effets de canaux courts sur ces dispositifs nous avons proposé et/ou optimisé plusieurs procédures d'extraction de paramètres ainsi que plusieurs modèles physiques analytiques décrivant le comportement des principaux paramètres électriques de ce type de transistors aux longueurs de grille décananométriques. Ainsi, une méthode expérimentale complète et un modèle pour la partition du courant de grille ont été validés pour les transistors à oxyde ultrafin. Une optimisation de la méthode Split C-V pour les canaux courts a été validée donnant de précieux renseignements sur la mobilité des transistors MOS ultracourts. Un modèle a été validé pour le bruit 1/f des transistors à canal enterré SiGe sub-0,1μm. Toutes ces méthodes nous ont permis de montrer que les transistors à oxyde ultrafins gardaient de très bonne propriétés de transport électrique jusqu'à 30nm de longueur de grille, que les nMOS Si:C était une alternative fiable au fort dopage canal pour contrôler les effets de canaux courts des nMOS sub-0,1μm et que les pMOS SiGe avaient un niveau de bruit 1/f plus faible en forte inversion même aux longueurs de grille décanamométriques